Сетевые технологии, протоколы сети

В этой главе…

1. Что такое IP-адрес
   
2. Представление чисел в двоичной системе исчисления
   
3. Представление IP-адреса с помощью точечно-десятичной нотации
   
4. Присвоение каждой сети в Internet уникального адреса
   
5. Две составные части IP-адреса
6. Понятия классов сетевых адресов
7. Зарезервированные сетевые IP-адреса
8. Понятие подсети и адреса подсети
   

В главе 3, «Сетевые устройства», рассказывалось, что сетевые устройства используются для объединения сетей.
Было выяснено, что повторители восстанавливают форму и усиливают сигнал, а затем отправляют его дальше по сети. Вместо повторителя может использоваться концентратор, который также служит центром сети. Читать далее »

В главе 2, «Физический и канальный уровни», говорилось, что МАС-адресация существует на канальном уровне эталонной модели OSI, и поскольку большинство компьютеров имеют одно физическое подключение к сети, то они имеют один МАС-адрес. МАС-адреса обычно уникальны для каждого сетевого подключения. Перед тем как отправить пакет данных ближайшему устройству в сети, передающее устройство должно знать МАС-адрес назначения. Поэтому механизм определения местоположения компьютеров в сети является важным компонентом любой сетевой системы. В зависимости от используемой группы протоколов применяются различные схемы адресации. Другими словами, адресация Apple Talk отличается от IP-адресации, которая, в свою очередь, отличается от адресации OSI, и т.д.

В сетях используются две схемы адресации. Одна из этих схем, МАС-адресация, была рассмотрена ранее. Второй схемой является IP-адресация. Как следует из названия, IP-адресация базируется на протоколе IP (Internet Protocol). Каждая ЛВС должна иметь свой уникальный IP-адрес, который является определяющим элементом для осуществления межсетевого взаимодействия в глобальных сетях.

В IP-сетях конечная станция связывается с сервером или другой конечной станцией. Каждый узел имеет IP-адрес, который представляет собой уникальный 32-битовый логический адрес. IP-адресация существует на уровне 3 (сетевом) эталонной модели OSI. В отличие от МАС-адресов, которые обычно существуют в плоском адресном пространстве, IP-адреса имеют иерархическую структуру.

Каждая организация, представленная в списке сети, видится как одна уникальная сеть, с которой сначала надо установить связь и только после этого можно будет связаться с каждым отдельной хост-машиной этой организации. Как показано на рис. 5.1, каждая сеть имеет свой адрес, который относится ко всем хост-машинам, принадлежащим данной сети. Внутри сети каждая хост-машина имеет свой уникальный адрес. Читать далее »

Наиболее часто встречающейся и, вероятно, наиболее известной читателю является десятичная система счисления, которая основана на возведении числа 10 в степень: 10¹, 10², 10\ 10⁴и т.д. 10′ — это то же самое, что и 10 х 1, или 10. I0² — то же самое, что и 10 х 10, или 100. 10^J- то же самое, что и 10 х 10 х 10 или 1000. Двоичная система исчисления базируется на возведении в степень числа 2: 2′, 2², 2³, 2⁴ и т.д.

IP-адрес представляет собой 32-разрядное двоичное число, записанное в виде четырех октетов, т.е. четырех групп, каждая из которых состоит из восьми двоичных знаков (нулей и единиц). Таким образом, в IP-адресе, записанном как 11000000.00000101.00100010.00001011, первый октет представляет собой двоичное число 11000000, второй октет — двоичное число 00000101, третий октет — двоичное число 00100010, четвертый октет — двоичное число 00001011 (рис. 5.7).

Так как двоичная система основана на возведении в степень числа 2, каждая позиция в октете представляет различные степени от 2. Величина показателя степени 2 назначается каждому разряду двоичного числа, начиная с крайнего правого. Чтобы определить, чему равно двоичное число, необходимо сложить значения всех разрядов в октете. Следовательно, для двоичного числа первого октета, показанного на рис. 5.7 (11000000), справедливо следующее: Читать далее »

Благодаря тому, что каждая сеть, подключенная к Internet, имеет уникальный сетевой адрес, данные могут найти требуемого адресата в Internet. Для того чтобы каждый сетевой адрес был уникальным и отличался от любого другого номера, организация под названием American Registry for Internet Numbers (Американский реестр Internet-номеров, ARIN) выделяет компаниям блоки IP-адресов в зависимости от размера их сетей.

Каждый IP-адрес состоит из двух частей: номера сети и номера хоста (рис. 5.9). Сетевой номер идентифицирует сеть, к которой подключено устройство. Номер хоста идентифицирует устройство в этой сети.

ARIN определяет три класса IP-адресов. Класс А составляют IP-адреса, зарезервированные для правительственных учреждений, класс В — IP-адреса для компаний среднего уровня и класс С — для всех остальных организаций. Если записать IP-адреса класса А в двоичном формате, то первый бит всегда будет равен 0 (рис. 5.10). Если записать IP-адреса класса В в двоичном формате, то первые два бита всегда будут 0 и 1. Если записать IP-адреса класса С в двоичном формате, то первые три бита всегда будут 1,1 и 0.

Выше были рассмотрены три класса сетевых адресов, которые назначаются ARIN (рис. 5.11). На самом деле существует пять классов сетевых адресов. Но только три из них — классы А, В и С — используются коммерчески. Два других класса сетевых адресов зарезервированы.

Максимально возможное значение каждого октета IP-адреса равно 255 (рис. 5.12). Следовательно, это десятичное число могло бы быть присвоено первому октету сети любого класса. На практике применяются только числа до 223. Возникает вопрос: почему при максимально допустимом значении 255 для каждого октета используются только числа до 223? Причина проста: часть номеров резервируется для экспериментальных целей и потребностей групповой адресации. Эти номера не могут быть присвоены сетям. Поэтому в первом октете IP-адресов значения с 224 по 255 для решения сетевых задач не используются.

Кроме этих зарезервированных адресов резервируются также все IP-адреса, у которых в той части адреса, которая обозначает адрес хост-машины, содержатся только нули или единицы. Читать далее »

Как и номера хост-машин в сетях класса А, класса В и класса С адреса подсетей задаются локально. Обычно это выполняет сетевой администратор. Так же, как и другие IP-адреса, каждый адрес подсети является уникальным. Использование подсетей никак не отражается на том, как внешний мир видит эту сеть, но в пределах организации подсети рассматриваются как дополнительные структуры.

Для примера, сеть 172.16.0.0 (рис. 5.14) разделена на 4 подсети: 172.16.1.0, 172.16.2.0, 172.16. 3.0 и 172.16.4.0. Маршрутизатор определяет сеть назначения, используя адрес подсети, тем самым ограничивая объем трафика в других сегментах сети.

С точки зрения адресации, подсети являются расширением сетевого номера (рис. 5.15). Сетевые администраторы задают размеры подсетей, исходя из потребностей организации и роста.

Адрес подсети включает номера сети, подсети и хост-машины внутри подсети.-Благодаря этим трем уровням адресации подсети обеспечивают сетевым администраторам повышенную гибкость настройки.

Чтобы создать адрес подсети, сетевой администратор «заимствует» биты из поля хост-машин и переопределяет их в качестве поля подсетей (рис. 5.16). Количество «заимствованных» битов можно увеличивать до тех пор, пока не останется 2 бита. Поскольку в поле хостов сетей класса В имеются только 2 октета, для создания Подсетей, можно заимствовать до 14 бит. Сети класса С имеют только один октет в поле хостов. Следовательно, в сетях класса С для создания подсетей можно заимствовать до 6 бит. Читать далее »

IP-адреса, которые заканчиваются всеми двоичными единицами, зарезервированы для Широковещания. Это утверждение справедливо и для подсетей. Рассмотрим сеть класса С с номером 197.15.22.0, которая разделена на восемь подсетей (табл. 5.1).

Обратите внимание на IP-адрес 192.15.22.31. На первый взгляд он ничем не похож ни на зарезервированный адрес сети, ни на адрес для широковещания. Однако, поскольку сеть разделена на восемь подсетей, первые 3 бита заимствуются для задания номера подсети. Это означает, что только последние 5 бит могут использоваться для поля хостов. Обратите внимание, что все 5 бит записаны в виде двоичных единиц. Следовательно, этот IP-адрес является зарезервированным адресом широковещания для первой подсети сети 197.15.22.0.

IP-адреса, которые заканчиваются всеми двоичными нулями, зарезервированы для номера сети. Это утверждение справедливо и для подсетей. Чтобы убедиться в этом, можно еще раз обратиться к сети класса С с номером 197.15.22.0, разделенной на 8 подсетей (см. табл. 5.1).

Подсети скрыты от внешнего мира с помощью масок, называемых масками подсети, функцией которых является сообщить устройствам, в какой части адреса содержится номер сети, включая номер подсети, а в какой — номер хост-машины.

Маски подсетей используют тот же формат, что и IP-адресация. Другими словами, маска имеет длину 32 бита и разделена на 4 октета. Маски подсетей имеют все единицы в части, отвечающей сети и подсети, и все нули в части, отвечающей хост-машине. По умолчанию, если нет заимствованных битов, маска подсети сети класса В будет иметь вид 255.255.0.0. Если же заимствовано 8 бит, маской подсети той же сети класса В будет 255.255.255.0 (рис. 5.17 и 5.18). Поскольку для сетей класса В только 2 октета относятся к полю хост-машин, то для создания подсетей может быть задействовано до 14 бит. В сетях класса С только один октет относится к полю хост-машин, поэтому для создания подсетей в сетях класса С может быть заимствовано до 6 бит. Читать далее »

В Internet одна сеть видит другую как отдельную сеть и не имеет подробных сведений о ее внутренней структуре. Следовательно, также нет информации о том, какие подсети содержатся в этой сети.

Например, компания Cisco имеет сеть класса В. Номер этой сети: 131.108.0.0. Внутри сеть компании Cisco разделена на подсети. Однако внешние сети видят ее как одну единственную сеть. Предположим, что устройство из другой сети, имеющее адрес 197.15.22.44, хочет послать данные устройству, подключенному к сети компании Cisco и имеющему IP-адрес 131.108.2.2. Эти данные движутся по Internet, пока не достигают маршрутизатора, подключенного к сети компании. И здесь задача маршрутизатора состоит в том, чтобы определить, в какую из подсетей следует направить данные.

Чтобы решить эту задачу, маршрутизатор определяет по IP-адресу назначения, какая его часть относится к полю сети, какая часть — к полю подсети и, наконец, какая к полю хоста. Следует помнить, что маршрутизатор воспринимает IP-адреса не в виде десятичных чисел, а в виде двоичного числа 10000011.0110110.00000010.00000010.

Маршрутизатор знает, что маска подсети Cisco имеет вид 255.255.255.0, и воспринимает это число как 11111111.11111111.11111111.00000000. Маска подсети показывает, что в сети компании Cisco 8 бит заимствовано для создания подсетей. Затем маршрутизатор берет два этих адреса — IP-адрес назначения, содержащийся в данных, и адрес маски подсети сети компании — и выполняет побитно операцию логического умножения (AND). Читать далее »

Сети, изображенной на рис. 5.19, присвоен адрес класса С 201.222.5.0. Предположим, необходимо организовать 20 подсетей, по 5 хостов в каждой. Можно разделить последний октет на части подсети и хостов и определить, какой вид будет иметь маска подсети. Размер поля подсети выбирается исходя из требуемого количества подсетей. В этом примере выбор 29-битовой маски дает возможность иметь 2²¹ подсетей. Адресами подсетей являются все адреса, кратные 8 (например, 201.222.5.16, 201.222.5.32 И 201.222.5.48).

Рис. X 19. Необходимо разделить сеть на 20 подсетей (по 5 хостов в каждой)

Оставшиеся биты в последнем октете используются для поля хост-машин. Для данного примера требуемое количество хост-машин равно 5, поэтому поле хост-машин должно содержать минимум 3 бита. Номера хост-машин могут быть 1, 2, 3 и т.д. Окончательный вид адресов формируется путем сложения начального адреса кабеля беля сети/подсети и номера хост-машины

Таким образом, хост-машины подсети 201.222.5.16 будут адресоваться как 201.222.5.17, 201.222.5.18, 201.222.5.19 и т.д. Номер хоста 0 зарезервирован в качестве адреса сети, а значение номера хоста, состоящее из одних единиц, резервируется для широковещания.

Пример планирования подсетей в сетях класса В

Табл. 5.2 является примером таблицы, используемой для планирования подсетей. На рис. 5.20 показано комбинирование входящих IP-адресов с маской подсети для получения номера подсети. Читать далее »

1.    Сколько бит содержит IP-адрес?

A. 4

B. 8

C. 16

D.    32

2.    Какую роль в IP-адресе играет номер сети?

A. Задает сеть, к которой принадлежит хост-машина.

B. Задает идентификатор компьютера в сети..

C. Задает адресуемый узел в подсети.

D.    Задает сети, с которыми может связываться устройство.

3.    Какую роль в IP-адресе играет номер хост-машины?

A. Задает идентификатор компьютера в сети.

B. Задает адресуемый узел в подсети.

C. Задает сеть, к которой принадлежит хост-машина.

D.    Задает хост-машины, с которыми может связываться устройство.

4.    Какое десятичное число является эквивалентом двоичного числа 11111111?

A. 8

B. 128

C.    254

D.    255

5.    Что такое подсеть?

A.    Часть сети, которая является зависимой системой по отношению к

главной сети.

B.    Небольшая сеть, работающая в пределах более крупной сети и позволяю
щая объединить разные типы устройств.

C.    Небольшая часть крупной сети.

D.    Небольшая сеть, которая содержит базу данных всех МАС-адресов в сети. Читать далее »